En superfluid är en fas av materia som kan flöda oändligt utan energiförlust. Denna egenskap hos vissa isotoper upptäcktes av Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen och Don Misener 1937. Den har uppnåtts vid mycket låga temperaturer med minst två isotoper av helium, en isotop av rubidium och en isotop av litium.
Endast vätskor och gaser kan vara supervätskor. Heliums fryspunkt är till exempel 1 K (Kelvin) och 25 atmosfärers tryck, den lägsta av alla grundämnen, men ämnet börjar uppvisa superfluidegenskaper vid cirka 2 K. Fasövergången sker när alla ingående atomer i ett prov börjar att upptar samma kvanttillstånd. Detta händer när atomerna placeras väldigt nära varandra och kyls ner så mycket att deras kvantvågsfunktioner börjar överlappa varandra och atomerna förlorar sina individuella identiteter och beter sig mer som en enda superatom än en agglomeration av atomer.
En begränsande faktor för vilken material kan uppvisa superfluiditet och inte är att materialet måste vara väldigt kallt (mindre än 4 K) och förbli flytande vid denna kalla temperatur. Material som blir fasta vid låga temperaturer kan inte anta denna fas. När den kyls till mycket låga temperaturer bildas en superfluid-färdig uppsättning bosoner, atomer med ett jämnt antal nukleoner, till ett Bose-Einstein-kondensat, en superfluid fas av materia. När fermioner, atomer med ett udda antal nukleoner som helium-3 isotopen, kyls ner till några få Kelvin, är detta inte tillräckligt för att orsaka denna övergång.
Eftersom bara bosoner lätt kan bli ett Bose-Einstein-kondensat, måste fermioner först paras ihop med varandra för att bli en supervätska. Denna process liknar Cooper-parningen av elektroner som sker i supraledare. När två atomer med udda antal nukleoner parar sig med varandra, har de tillsammans ett jämnt antal nukleoner och börjar bete sig som bosoner och kondenseras ihop till ett superfluid tillstånd. Detta kallas ett fermionkondensat och uppstår endast vid mK (milliKelvin) temperaturnivå snarare än vid några få Kelvin. Den viktigaste skillnaden mellan atomparning i en superfluid och elektronparning i en supraledare är att atomparningen förmedlas av kvantspinnfluktuationer snarare än av fonon (vibrationsenergi) utbyte.
Superfluids har några imponerande och unika egenskaper som skiljer dem från andra former av materia. Eftersom de inte har någon inre viskositet, kvarstår en virvel som bildas inom en för alltid. En superfluid har noll termodynamisk entropi och oändlig värmeledningsförmåga, vilket betyder att ingen temperaturskillnad kan existera mellan två superfluider eller två delar av samma. De kan också klättra upp och ut ur en behållare i ett enatomtjockt lager om behållaren inte är förseglad. En konventionell molekyl inbäddad i en supervätska kan röra sig med full rotationsfrihet och bete sig som en gas. Andra intressanta egenskaper kan upptäckas i framtiden.
De flesta så kallade superfluids är inte rena, utan är i själva verket en blandning av en flytande komponent och en superfluid komponent. De potentiella tillämpningarna för superfluider är inte lika spännande och omfattande som de för supraledare, men utspädningskylskåp och spektroskopi är två områden där de har funnit användning. Den kanske mest intressanta tillämpningen idag är rent pedagogisk, som visar hur kvanteffekter kan bli makroskopiska i skala under vissa extrema förhållanden.